نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

• فائزه جهانی ¹
• ملیکه نبئی ¹
• ژنشیانگ جیانگ ²
• سونئیک بک ²

¹ آزمایشگاه سیالات بیولوژیکی،دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر(پلی‌تکنیک تهران)، تهران، ایران

² آزمایشگاه تحقیقاتی مکانیک بافت و قلب و عروق، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ایالتی میشیگان، ایست لنسینگ، آمریکا

چکیده

آنوریسم آئورت شکمی بزرگ شدن تدریجی قطر آئورت است که در صورت پارگی می‌تواند زندگی بیمار را تهدید کند. فاکتورهای متعددی در خطرپارگی و رفتار آنوریسم تاثیرگذار هستند؛ یکی از عوامل مهم مشخصات هندسی و پارامترهای‌بیومکانیکی آنوریسم است که یافتن ارتباط آن با روند رشد آنوریسم کمک شایانی به نظارت بر روند درمانی، تصمیم‌گیری پیرامون فرایند درمان و غربالگری می‌کند. لذا نیاز است که خصوصیت‌های‌هندسی(شکل و اندازه) آنوریسم آئورت شکمی برای هر بیمار بطور اختصاصی جهت پیش‌بینی خطر پارگی آنوریسم و رفتار آن مورد بررسی قرار گرفته شود. مدل‌های رشد و بازسازی بر مبنای روش المان محدود به عنوان ابزاری جهت تشریح ویژگی‌های بیولوژیکی و پیش‌بینی پیشرفت و تکامل بیماری هستند که پتانسیل خود را در شرایط بروز آنورسیم آئورت شکمی نشان داده‌اند؛ در این مقاله از مدل رشد و بازسازی تابع تنش استفاده شد تا اشکال مختلفی از هندسه‌ی آنوریسم آئورت شکمی به کمک تابع آسیب الاستین و بازسازی کلاژن شبیه‌سازی گردد. نتایج شبیه‌سازی بر نقش میزان آسیب الاستین بر تغییرات هندسی آنوریسم و حساسیت بازسازی کلاژن بر توزیع تنش دیواره و سرعت انبساط تأکید کرد؛ بطوریکه با تغییر نرخ کلاژن از ۰.۰۷ تا ۰.۰۴ تنش دیواره تا ۳۰۰ کیلوپاسکال افزایش یافت. نتایج نشان داد که توزیع تنش و گسترش موضعی با میزان آسیب الاستین مطابقت دارد؛ تابع آسیب الاستین در محل حداکثر قطر و ایجاد شکل‌های مختلف آنوریسم آئورت شکمی موثر است. همچنین تغییرات زمانی بر عملکرد تخریب الاستین تاثیر مستقیم دارد. تولید کلاژن ناشی از تنش ایجاد شده، از دست دادن الاستین را جبران می‌کند وسرعت رشد آنوریسم را کنترل می‌کند. در نهایت این مدل محاسباتی قابلیت این را دارد که در آینده بطور اختصاصی پیچیدگی‌های رشد آنوریسم آئورت شکمی برای هر بیمار را به کمک تغییرات هندسی آنوریسم، میزان آسیب الاستین و تولید دوباره‌ی کلاژن در دیواره‌ی رگ به تصویر بکشد.

کلیدواژه‌ها

• مدل محاسباتی رشد و بازسازی
• تابع آسیب الاستین
• بازسازی کلاژن
• رشد آنوریسم

موضوعات

• بیومکانیک محاسباتی

عنوان مقاله [English]

Impact of Collagen Turnover Rate and Elastin Degradation Parameters on the Enlargement of Abdominal Aortic Aneurysm

نویسندگان [English]

• Faeze Jahani ¹
• Malikeh Nabaei ¹
• Zhenxiang Jiang ²
• Seungik Baek ²

¹ Biological Fluid Dynamics Research Laboratory, Department of Biomedical Engineering, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic), Tehran, Iran

² Cardiovascular and Tissue Mechanics Research Laboratory, Department of Mechanical Engineering, Michigan State University, East Lansing, MI, USA

چکیده [English]

An abdominal aortic aneurysm is a gradual enlargement of the diameter of the aorta, which can threaten the patient's life if it ruptures. Several factors are effective in reducing aneurysm rupture risk and behavior. One of the important factors is the geometric characteristics of the aneurysm. It is necessary to examine the geometric characteristics (shape and maximum diameter) of abdominal aortic aneurysms for each patient to predict the risk of aneurysm rupture and its behavior. Growth and remodeling models based on the finite element method are tools for describing biological characteristics and predicting the progression of diseases such as abdominal aortic aneurysms. In this article, a stress-mediated growth and remodeling model was used to simulate different geometries of abdominal aortic aneurysms with the help of elastin damage function and collagen turnover. The simulation results emphasized the role of elastin damage on the geometrical changes of the aneurysm and the sensitivity of collagen turnover on wall stress distribution and expansion rate, so that with the change of the collagen rate from 0.07 to 0.04, the wall stress increased up to 300 kPa. The results showed that the stress distribution and local expansion correspond to the amount of elastin damage. The elastin damage function plays a key role in determining the location of the maximum diameter and in creating different forms of abdominal aortic aneurysms. Furthermore, time changes have a direct impact on elastin degradation. The remodeling of collagen, which was caused by increasing stress, compensated for the loss of elastin and controlled the expansion rate of the aneurysm. In the future, this computational model will have the ability to depict patient-specific abdominal aortic aneurysm growth with the help of the geometrical changes of the aneurysm, the amount of elastin damage, and collagen remodeling.

کلیدواژه‌ها [English]

• Growth and remodeling computational model
• Damage function of elastin
• Collagen turnover
• Aneurysm growth